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Immunology and Infection

Biocontained Carcass Kompostierung für Control of Infectious Disease Outbreak in Livestock

doi: 10.3791/1946 Published: May 6, 2010

Summary

Mit leicht verfügbaren Materialien, ermöglicht diese biocontained Kompostieranlage effektiven Vor-Ort-Entsorgung großer Tierkadaver die sich im Falle von Infektionskrankheiten Ausbruch. Dieses Verfahren tötet die meisten Erreger in Kadavern und kontaminierten Dünger. Sobald Erreger bestätigt nicht lebensfähig, reifem Kompost kann als Dünger verteilt werden.

Abstract

Intensive Tierproduktion Systeme sind besonders anfällig für natürliche oder vorsätzliche (bioterroristischen) Ausbrüche von Infektionskrankheiten. Eine große Zahl von Tieren in einem begrenzten Bereich untergebracht ermöglicht die schnelle Verbreitung der meisten Infektionserreger in einer Herde. Schnelle Eingrenzung ist der Schlüssel zur Steuerung einer Infektionskrankheit Ausbruch, so Entvölkerung wird oft durchgeführt, um zu verhindern eines Erregers zu den größeren Viehbestand zu verbreiten. In diesem Umstand sind eine große Anzahl von Tieren Kadavern und kontaminierten Dünger erzeugt, erfordern eine schnelle Entsorgung.

Kompostierung eignet sich als Rapid-Response-Entsorgungsmethode für infizierte Kadaver sowie Gülle und Boden, der Infektionserreger Hafen kann. Wir haben eine Bio-enthaltenen Sterblichkeit Kompostierung Verfahren und testete seine Wirksamkeit für Rindergewebe Abbau und mikrobielle Deaktivierung. Wir verwendeten Materialien auf dem Bauernhof oder käuflich von lokalen Farm-Versorgung-Läden in Ordnung, dass das System an der Stelle der Ausbruch einer Krankheit umgesetzt werden können. In dieser Studie überschritten Temperaturen von 55 ° C für mehr als einen Monat und Infektionserregern in Rinder Kadaver und Mist wurden innerhalb von 14 Tagen Kompostierung inaktiviert implantiert. Nach 147 Tage wurden Kadaver fast vollständig abgebaut. Die wenigen langen Knochen übrigen wurden weiter abgebaut mit einem zusätzlichen Kompostierung Zyklus in offenen Mieten und die endgültige reifem Kompost geeignet war für die Ausbringung.

Doppelte Kompost Strukturen (final Abmessungen 25 mx 5 mx 2,4 m; L x W x H) wurden unter Verwendung Gerste Strohballen und ausgekleidet mit schweren schwarzen Silage Plastikplanen. Jeder war mit losem Stroh, Kadaver und Mist in Höhe von ~ 95.000 kg belastet. Ein 40-cm Tragschicht lose Gerstenstroh wurde in jedem Bunker gelegt, auf die es 16 feedlot Vieh verendete (durchschnittliches Gewicht 343 kg) quer im Abstand von ca. 0,5 m. ausgerichtet ist Für passive Belüftung, wurden Längen flexible, perforierte Kunststoff-Drainage-Schlauch (15 cm Durchmesser) zwischen benachbarten Tierkörpern angebracht, der sich vertikal entlang der beiden Innenwände und mit den Enden obwohl der Kunststoff nach außen geleitet. Die Kadaver wurden mit feuchten belüftet feedlot Gülle (~ 1,6 m tief) an die Spitze des Bunkers überlagert. Plastic wurde gefaltet oben und versiegelt mit Klebeband zu einer Eindämmung Barriere und acht Belüftung Öffnungen (50 x 50 x 15 cm) wurden auf der Oberseite jeder Struktur auf passive Belüftung fördern platziert zu etablieren. Nach 147 Tage, im Durchschnitt Verluste von Volumen und Masse kompostiert Materialien 39,8% und 23,7% bzw. in jeder Struktur.

Protocol

Doppelte Kompost Strukturen wurden auf dem Lethbridge Research Centre (LRC) in Lethbridge, Alberta, Kanada (Abb. 1) konstruiert. Große rechteckige Gerste Strohballen (260 x 120 x 80 cm; L x W x H) wurden für die Wände, und kleine Ballen (100 x 40 x 45 cm) für den Boden verwendet. Große Ballen wurden so ausgerichtet, Wände waren 120 cm dick, die maximale Stabilität Wand und Wärmeschutz. Die kleinen Ballen bildet den Boden ausgerichtet waren mit einer Schnur horizontal verlaufenden, um Absorption im Falle eines Lecks zu maximieren, was zu einem Boden 45 cm dick. Abmessungen der Strukturen wurden 25 mx 5 mx 2,4 m; L x W x H). Die Baustelle hatte eine Neigung von etwa 1, und die Strukturen wurden orientiert flow von Sickerwasser in Richtung der Probenahme-Port, dass wir für die experimentelle Prüfung eingesetzt zu fördern. Moist feedlot Gülle vermischt und durch die Verarbeitung durch einen Miststreuer und Poltern für 24 h vor dem Bau des Sicherheitsbehälters Strukturen belüftet.

Der Kompost Bunker waren mit schweren, schwarzen / weißen Plastikplanen häufig verwendet, um Silage Pfähle Abdeckung ausgekleidet. Ausreichende Überschuss over the top in jeder Richtung nach links, damit eventuelle Fold-down-und Abdichtung der Kompost Bett in den Bunker. Zur Bekämpfung einer Umgebungstemperatur Brise, wurden Reifen verwendet werden, um den Kunststoff in den Bunker Gewicht bis das Stroh beladen war, aber diese waren vor dem Kadaver versendet entfernt. Sobald das Sickerwasser Probenahme-Port (notwendig für experimentelle Probenahme nur) installiert wurde, war locker Gerstenstroh in die Bioabdichtung Struktur hinzugefügt, um eine Basisschicht etwa 40 cm Dicke zu bilden. Dies wurde durch die Bereitstellung einer einzigen Runde Ballen mit einem Frontlader und manuell verteilt das Stroh entlang der Länge des Bunkers durchgeführt.

Sechzehn feedlot Vieh verendete, wurden auf dem Strohlager gelegt. Diese wurden Rinder, die innerhalb der letzten 48 Stunden im nahe gelegenen gewerblichen Weiden gestorben war, nachdem die Mehrheit an Atemwegserkrankungen beim Rind erlegen. Die Kadaver wurden quer in der Kompostierung Bunker (Abb. 1) ausgerichtet ist, mit einer Fläche von ca. 0,5 m zwischen Schlachtkörpern. Um passive Belüftung, wurden Längen von perforierten flexiblen Kunststoff-Drainage-Schlauch (15 cm Durchmesser) zwischen benachbarten Kadaver gelegt, eingebettet in die lockere Stroh Basis. Die Enden der Rohre wurden vertikal entlang der Seitenwände, die über den oberen Rand des Bunkers gerichtet, und an der Stelle vorübergehend mit Reifen Erweiterung an der oberen Oberfläche der Wände.

Pre-bedingten feedlot Gülle wurde in den Bunker geladen, um die Kadaver zu einer endgültigen Tiefe von 1,6 m. Deckel Der Mist wurde über die Seitenwand des Bunkers geladen, sich von einem Ende der Struktur nach der anderen. Die Probe Abruf Pyramiden unten beschrieben wurden mit dem vorgeschriebenen Tiefen innerhalb des Gülle-Schicht in dieser Phase positioniert. Nachdem der Bunker gefüllt war, wurde die Plastikplanen über die Oberseite der gestapelten Mist gefaltet und die Enden der perforierten Schläuchen wurden durchgeleitet, so dass sie außen waren die wrap entfernt. Der Kunststoff wurde mit Klebeband abgedichtet, um eine Eindämmung Barriere um das Stroh, Kadaver und Mist zu etablieren. Acht Belüftung Öffnungen (50 x 50 x 15 cm) wurden auf der Oberseite jeder Struktur gelegt, um passive Belüftung zu fördern, und T-förmigen Stecker wurden an jedem Ende der Längen der perforierten Schlauch befestigt, um den Luftstrom zu fördern hinunter in die Rohre.

In dieser Pilotstudie wurden experimentelle Änderungen an der Kompost-Strukturen integriert, um Untersuchung der Pathogeninaktivierung und Abbau von Gewebe während der statischen Kompostierung zu ermöglichen. Tissue und mikrobielle Proben von Gewebe Gewicht oder mikrobielle Aufzählung vor quantifiziert wurden heißgesiegelten in Nylon Probenbeutel (5 x 9 cm; 50-um Porengröße), und verpackt in spezialisierten pyramidal Stahl Käfige, bezeichnet als Baker Retrieval Pyramiden (BRP) 1. Diese Pyramiden wurden entwickelt, um ihre Rückholung aus dem Kompost-Matrix in Abständen ermöglichen während der Kompostierung ohne ernsthaft beeinträchtigen Eindämmen oder Veränderung der Dynamik der Kompostierung Innerhalb eines BRP, acht Taschen (jeweils acht Sample-Typen) wurden in der gleichen Mist embedded , die verwendet wurde, um den Bunker zu füllen, so angeordnet, dass jede Tasche von Dünger umgeben war und keine Beutel wurden in direkten Kontakt miteinander. Gülle-und Beutel gefüllt BRPs wurden zu Längen von Logging-Kette befestigt und aufgehängt in einer Tiefe von 80 cm und 160 cm in der Kompost-Matrix. Die Ketten wurden Holzstangen überspannt den Bunkern am 1,5-Meter-Intervallen (Abb. 1) verankert. T-Typ-Thermoelemente in jeder BRP platziert waren auch entlang der Ketten an einen Datenlogger extern an den Kompost Struktur positioniert laufen. In festgelegten Intervallen wurden BRPs vertikal von den Kompost mit einem ratcheted zurückgezogen come-sowie Kabel-Abzieher und die Plastikfolie wurde wieder verschlossen. In den natürlich ariden Klima des südlichen Alberta, wenig Niederschläge während t erhaltenseiner Zeit, aber die Plastikfolie und gewölbte Form der Kompostierung Material wirksam waren für die Förderung der seitlichen Abfluss durch das Stroh Bunkerwänden absorbiert werden.

Discussion

Nach 147 Tage von statischen Kompostierung, konnten die Verluste der Gesamtmasse, Trockensubstanz (TS), organische Substanz, Gesamt-C und Gesamt-Stickstoff 23,7, 35,6, 52,9, 49,6 und 41,4% bzw. 2. Innerhalb der einzelnen Struktur, kompostiert das Volumen der Materialien von 118 bis 71 m 3 verringert. Die Zersetzung des Rindergewebe überwacht als brain> Huf> Knochen eingestuft. Nach nur 7 Tagen der Kompostierung, hatten> 90% des Hirngewebes DM zerlegt, und 80% der Huf DM hatte innerhalb von 56 d der Kompostierung zerlegt. Vollständiger Verlust der Lebensfähigkeit von Escherichia coli O157: H7 und Newcastle Disease wurde innerhalb von 14 Tagen erreicht.

Intensive Tierproduktion Systeme sind besonders anfällig für natürliche oder vorsätzliche Ausbrüche von Infektionskrankheiten. Gehäuse eine große Zahl von Tieren in einem begrenzten Bereich entstehen die meisten Krankheitserreger verbreiten sich schnell in der gesamten Bevölkerung. Containment ist der Schlüssel zur Steuerung einer Infektionskrankheit Ausbruch ist somit Entvölkerung häufig als Mittel zur Verhinderung von Ausbreitung des Erregers zu den größeren Viehbestand verwendet. Die Entvölkerung Szenario ergibt sich eine große Zahl von Nutztieren Kadavern und kontaminierten Dünger erfordert rasche Entsorgung. Kompostierung eignet sich als Rapid-Response-Entsorgungsmethode für infizierte Kadaver sowie Gülle und Boden, der Infektionserreger Hafen kann. Wir skizzieren eine Kompostierungsanlage Verfahren, das auf dem Gelände der Krankheitsausbruch geführt werden kann, die Verwendung von Materialien leicht zugänglich auf dem Bauernhof oder aus dem lokalen Farm-Versorgung-Läden. In unserer Studie Infektionserreger mit Rinder Kadaver und Mist verbundenen innerhalb von 14 Tagen der Kompostierung wurden inaktiviert, erreichte über Kompost Temperaturen von 55 ° C für mehr als einen Monat. Die Produktion von Sickerwasser war äußerst gering, wahrscheinlich aufgrund der absorbierenden Art der losen Stroh Basisschicht und unsere mit optimierter der TS-Gehalt zu Beginn der Kompostierung. Insgesamt ergibt sich von Sickerwasser wurden weniger als 3 ppm des ursprünglichen Kompost Masse (dh <300 g pro Struktur). Coliforme Keime wurden im Sickerwasser auf bis zu 5,8 log10 CFU / ml nach 14 Tagen entdeckt, aber waren nicht nachweisbar nach 101 Tagen der Kompostierung. Nach 147 Tage waren Rinderschlachtkörper fast vollständig abgebaut mit nur wenigen langen Knochen erkennbar ist. Bones wurden weiter abgebaut während die zusätzlichen Open-Feldrandkompostierung Zyklus nach der biocontained Strukturen geöffnet wurden, wodurch abschließende reifem Kompost geeignet für die Ausbringung.

Im Ergebnis schafft die Kompostierung Bedingungen, die wesentliche Herausforderung für das Überleben der meisten pathogenen Mikroorganismen. Kostenlose Bakterien, Protozoen und Viren werden schnell durch die hohe Temperatur, Alkalinität und hohe Protease und Nuklease-Aktivitäten innerhalb von Kompost inaktiviert. Diese erfolgreiche Abbau der reifen feedlot Rinder Kadaver zeigt an, dass diese statische Kompostierung Entsorgung Verfahren wäre passend für alle gängigen Vieh. Es muss darauf geachtet, jedoch werden in diesem optimalen Kohlenstoff zu gewährleisten: Stickstoff-Verhältnisse und Feuchtigkeit vorhanden sind, um für Mikrobenabtötung Bedingungen erreicht werden. Erreger von Natur aus hitzebeständigem, wie Bakterien, Sporen bilden (zB Anthrax), oder solche, die ungewöhnlich hartnäckigen sind, wie Prionen, noch infektiös bleiben kann nach der Kompostierung. Studien über das Schicksal dieser Arten von Mikroorganismen während der Kompostierung erläutern sind derzeit in unserem Labor im Gange.

Abbildung 1
Abbildung 1. Schematische Darstellung des biologisch sicher Kompost, bestehend aus Strohballen Wände und Boden, Plastikplanen Gehäuse, lose Stroh Basis-, Rinder-Tierkörpern, Mist und perforiertem Kunststoff Lüftungs-Schlauch, und Lufteinlässe sowie experimentelle Änderungen (Sickerwasser-Port, Probe Abruf Pyramiden-und Temperatursensoren. (A) Queransicht (Querschnitt). (B) Längsschnitt (Seitenwand entfernt). Alle Maße sind in cm. Von Xu et al. (2009) 2

Disclosures

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Acknowledgments

Dieses Projekt wurde mit Mitteln aus dem chemischen, biologischen, radiologischen und nuklearen (CBRN) Forschung und Technologie Initiative (CRTI) der Canadian Food Inspection Agency und der Alberta Prion Research Institute durchgeführt. Die National Natural Science Foundation of China vorgesehen ein Stipendium (No. 30620120430) zu W. Xu. Die Autoren bedanken sich Brant Baker und Fred Van Herk, sowie Ruth Barbieri, Lisa Kalischuk-Tymensen, Andrew Olson, Lorna Selinger, Geoff Wallins und Homayoun Zahiroddini für ihre technische Unterstützung.

References

  1. Reuter, T. A simple method for temporal collection of tissue and microbial samples from static composting systems. Canadian Biosystems Engineering. 50, 6.17-6.20 (2008).
  2. Xu, W. A biosecure composting system for disposal of cattle carcasses and manure following infectious disease outbreak. J. Environ. Qual. 38, 437-450 (2009).
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Reuter, T., Xu, W., Alexander, T. W., Gilroyed, B. H., Inglis, G. D., Larney, F. J., Stanford, K., McAllister, T. A. Biocontained Carcass Composting for Control of Infectious Disease Outbreak in Livestock. J. Vis. Exp. (39), e1946, doi:10.3791/1946 (2010).More

Reuter, T., Xu, W., Alexander, T. W., Gilroyed, B. H., Inglis, G. D., Larney, F. J., Stanford, K., McAllister, T. A. Biocontained Carcass Composting for Control of Infectious Disease Outbreak in Livestock. J. Vis. Exp. (39), e1946, doi:10.3791/1946 (2010).

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